기체크로마토그래피 [ 氣體-, gas chromatography ]크로마토그래피의 일종으로, 이동상(移動相)에 기체를 사용하여, 혼합기체시료를 그 성분기체의 열전도율의 차를 이용하여 검출 ·정량하는 기기분석법.가스크로마토그래피라고도 한다. 고정상(固定相)에 흡착성이 있는 고체의 분말 미립자를 사용하는 기체-고체크로마토그래피와, 적당한 비활성 고체분말의 표면에 비휘발성 액체를 보유시킨 기체-액체크로마토그래피로 나뉜다. 전자는 보통 끓는점 400 ℃ 정도까지의 유기화합물 전반에 걸쳐 분석을 할 수 있고, 후자는 무기화합물의 기체 및 끓는점이 낮은 탄화수소의 분석에 적합하다. 나선모양으로 감은 금속관(column이라 한다)에 활성탄 ·실리카겔 ·실리콘 ·그리스를 삼투시킨 규조토 등을 충전하고, 여기에 분석하고자 하는 시료를 흡착시킨 다음 수소 ·헬륨 등의 기체(carrier라 한다)를 통과시키면 컬럼의 다른 끝에서 시료의 성분기체가 흡착성이 작은 성분부터 차례로 단리(單離)되어 나온다. 이때, 컬럼에 들어가기 전의 캐리어기체와 컬럼에서 나온 기체의 열전도율을 비교하여 검출한다.즉, 캐리어기체 속에 다른 기체가 들어 있을 때의 열전도율의 차를 측정하여 기록시킨다. 시료를 주입장치로 주입한 다음 나올 때까지의 시간으로 정성분석을 하고, 기록된 곡선의 면적으로부터 정량분석을 한다. 기체크로마토그래피는 분석을 신속히 할 수 있고, 시료가 소량이라도 가능하며(기체이면 몇 mℓ, 액체이면 약 0.05 mℓ 정도), 또 기체분석으로는 분리하기 곤란한 혼합물의 분석에도 적용할 수 있는 등 많은 장점이 있기 때문에 1940년에 시작된 이래 특히 1955년경부터 현재에 이르기까지 크게 발전하였다. 이것은 단순한 분석 외에 응용범위가 넓기 때문에 자연과학 ·공학 ·농학 ·의학 ·약학 등외에 기타 여러 분야에 걸쳐 널리 사용되고 있다.1. Carrier gas 조건① 시료나 용매와 반응하지 않도록 비활성인 것.② 순수한 것.③ 비싸지 않은 것.④ 사용하는 검출기에 적합한 것.3. Column혼합물이 단일성분으로 분리되어지는곳, 일반적인 column은 stainless column이 쓰이며 packed column의 길이는 보통 3∼10 feet이다. column의 직경은 0.01에서 2 inch 정도로 쓴다. column직경이 작으면 작을수록 column 효능도는 커진다. 또한 길이가 길어지면 이론 단층수가 커지고, 분해능이 좋아진다. 그러나 긴 column을 쓰면 inlet pressure가 높아야 하는데 고압은 시료 주입 기술과 기체가 새는 것을 막는데 문제점이 있다.Column속에는 정지상으로 GLS(solid support+liquid phase), GSC(absorbent)가 들어간다.(1) Solid support : liquid phase를 분배하느데 넓고 균일하고 비활성인 표면을 제공하는 것으로 다음과 같은 요건을 지닌다.a. 넓은 표면적(1∼20㎡/g)b. 10㎛이하의 균일한 기공구조c. 비활성일 것.d. 균일한 모양과 크기를 가질 것.e. 기계적 강도가 클것(coating, packing과정을 견딜수 있어야 함)Solid support종류에는 chromosorb G, P, T, W, A가 있다.(2) Liquid phaseLiquid phase를 선택하는데는 경험이 중요하며 액상의 구조가 시료의 성분들이 화학적 구조와 비슷해야 한다. 액상의 요건은 적당한 용해도와 비활성이어야 한다.(3) Column의 효율을 증진시키는 방법1) 용매로 세척하는 방법(packed column에 많이 사용)Column이 화학적으로 crosslinked or bonded phase인 경우에 column의효율을 증가시키기 위하여 많이 이용하는 방법으로서, column내에 흡착되어 있는 화학물질을 제거하는 방법이다.· 과정① 적당한 용매 선택 : 흡착되어 있는 오염물을 제거할수 있는 적당한 용매를 선택하거나 혼합.② 세척 : column 1개당, 10∼15㎖의 용매로서 분당 약 0.5㎖ 정도의 속도로 닦을수 있게 끔, 압력을 걸어준다.③ 건조 : 세척후에, column으로 불활성인 운반기체를 흘려주면서 room temp.에서 보통 2∼12 hr동안 건조시킨다.2) Thermal conditioning① Column 끝부분을 detector쪽에 연결하지 않는다.② Carrier column flow를 적당하게 맞춘다.+- 1/8, 1/4 inch column (with 2㎜ ID) : 30㎖/min+- 1/4 inch column (with 4㎜ ID) : 50㎖/min+- Fused silica capillary column : column 길이 (in meter)와 같게 column head pressure(in psi)를 설정한다.③ Oven temp.를 100℃로 하여 약 1시간 동안, carrier gas를 purging 시킨 다음, conditioning temp.까지 분당 2∼3℃ 상승시킨다(※ conditioning temp.는 column의 limit temp.보다 30℃가량 낮게 둔다).④ column의 inlet부분을 outlet부분과 바꾸어 끼운다.⑤ column의 inlet부분의 6 inch가량을 잘라내면, column 효율이 증가한다.4. DetectorDetector는 column유출물중에 들어있는 성분들의 존재를 나타내주고 그 양을 측정한다. 검출기의 특성은 높은 감도, 낮은 noise level, 넓은 범위에 걸친 감응도의 직선성을 들수 있다. Detector로는 TCD와 FID가 가장 많이 쓰이며, ECD와 NPD가 선택적 검출기로서 특정한 형태의 화합물만을 선택적으로 검출하는 잇점이 있다. 이밖에도 ELCD, FPD, PID, MSD, IRD등이 있다.
물의 경도 측정경도경도는 수중의 칼슘이온과 마그네슘이온의 함량을 나타내는 것으로서 이들 이온의 달량에 대응하는 탄산칼슘의 ㎎/ℓ농도로 표시된다. 경도는 보일러 관내의 스케일·슬러지 발생의 주요인으로 작용하여 열전도의 방해, 증발관의 막힘, 국부전지등의 장해 요인이 되기 때문에 연수 또는 ?수장치에서부터 철저히 관리하여야 할 필요가 있으며, 소량의 유입경도는 인산염에 의해 슬러지화한다.경도(EDTA 적정법)경도는 수중의 칼슘이온 및 마그네슘이온의 양을 이것에 대응하는 탄산칼슘의 양으로 환산해서 시료 1ℓ에 대한 ㎎으로 나타낸다.가. 전경도시료에 완충액(緩衝液)을 가하여 pH10으로 조절하고 EBT를 지시약(指示藥)으로 하여 EDTA-2 나트륨 용액(溶液)으로 적정(滴定)하는 방법이다.1)시약가) 완충액(pH 10) : 인산암모늄 67.5g을 암모니아수 570㎖에 용해(溶解)하여 물로써 전량(全量)을 1ℓ로 한다. 이 용액(溶液)은 밀폐(密閉)시켜 보관한다.나) EBT 지시약 : EBT(Eriochromeblack-T) 0.5g을 트리에탄올아민 100㎖에 녹인다. 이 용액은 갈색병에 밀폐시켜 보관한다.(주.1)다) 염화(鹽化) 칼슘 표준액(標準液) : 105℃에서 3~4시간 건조시킨 탄산칼슘 1.00g을 ?량하여 소량의 인산으로 용해하여 메스플라스크 1ℓ에 넣고, 물을 표선까지 가한다. 이 용액 1㎖는 탄산(炭酸)칼슘 1㎎에 상당(相當)한다.라) 시안화칼륨 용액(10%) : 시안화칼륨(KCN) 10g을 물에 녹여 전량을 100㎖로 하고 폴리에틸렌에 보존한다.(주.2)마) EDTA 표준액 : EDTA(Ethylenediamine tetraacetic acid) 2나트륨 2수화물 4g과 염화마그네슘 6수화물 0.1g을 물에 용해하여 메스플라스크 1ℓ에 넣고, 물을 표선까지 가한다.(주.3)※표정 : 염화칼슘 표준액 25㎖를 삼각플라스크 250㎖에 취하고 물을 가하여 50㎖로 하고, 이것에 시안화칼륨 용액(10%) 2방울과 완충액 1㎖와 EBT 표준액 3~4방울을 가하여 잘 혼합하명서 EDTA 표준액으로 붉은색이 사라질 때까지 적정(適定)한다. 여기서, 소요된 EDTA 표준액의 ㎖수(x)에서 다음 식에 의해 농도상수(factor)를 산출한다.f = {25} over {x}여기서 x = 소모된 EDTA표준액 ㎖수2) 시험조작가) 초과한 시료의 정량(50~100㎖)을 비이커에 취한다.나) 시안화칼륨 용액(10%) 2방울, 완충액 1㎖를 가한다.다) EBT 지시약 2~3방울을 가한다.라) 이것을 잘 혼합하면서 EDTA 표준액으로 붉은색이 사라질때까지 적정한다.(주. 4)마) 다음 식에 의해 전경도를 산출한다.H = b TIMES f TIMES 1000 over V TIMES 1여기서, H=전경도(mg CaCO3/ℓ)b= 적정에 소모된 EDTA 표준액(㎖)f= EDTA 표준액의 농도계수(濃度係數)(factor)v=시료(㎖)1= EDTA 표준액 1㎖의 탄산칼슘 상당량(mg)(주.1) : EBT 표준액을 제조할 경우, JIS에서는 메틸알코올을 사용하고 있으나, 본 자료에서는 트리에탄올아민을 사용한다. 그 이유는 트리에탄올아민은 강알칼리성 용액 중에서 Fe3+, Al3+, Mn3+ 등 3가의 금속이온과 안정한 착화합물을 형성하므로써 3가 금속이온을 은폐시키는 효과가 있기 때문이다.(주.2) : KCN은 은폐제로서 Al 50ppm, Cu 50ppm, Fe 50ppm 까지 은폐가 가능하다. 그러나, KCN은 산성용액에서 독성이 강한 시안가스를 발생시키므로 취급에 유의하여야 한다. KCN보다 은폐력은 떨러지지만 독성위험은 다소 적은 Na2S(5%)를 사용해도 고도의 정확성을 요구하는 Data가 아닌 경우에는 무해하다.(주3) ：시료에 Mg2+이 전혀 함유되어 있지 않을 경우에는 EBT 표준액의 사용시 변색점이 불분명하다. 따라서 JIS에서와는 달리 EDTA 표준액 제조시 염화마그네슘 6수화물 0.1g을 첨가하여 제조한다.(주.4) : EBT 표준액의 변색이 늦기 때문에 변색점 부근에서는 잘 혼합하면서 천천히 적정한다.(참고) : 비탄산염(非炭酸鹽)경도 및 탄산염 경도는 M-알칼리도와 전경도의 관계에서 다음과 같이 산출한다.·M-알칼리도(㎎ CaCO3/ℓ) < 전경도(mg CaCO3/ℓ) 일 때비탄산염 경도 (㎎ CaCO3/ℓ) = 전경도(㎎ CaCO3/ℓ) - M-알칼리도(㎎ CaCO3/ℓ)·M-알칼리도(㎎ CaCO3/ℓ) > 전경도(mg CaCO3/ℓ) 일 때탄산염 경도 (㎎ CaCO3/ℓ) = 전경도(㎎ CaCO3/ℓ)비탄산염 경도 (㎎ CaCO3/ℓ) = 0나. 칼슘경도시료를 pH12이상으로 하고 지시약(指示藥)으로서 2-히드록시-1-(2`-히드록시-4`-술포-1`-나프틸 아조)-3-나프트산을 가하여 EDTA 용액으로 적정해서 칼슘을 정량하는 방법이다.1) 시약가) 지시약 : 2-히드록시-1-(2`-히드록시-4`-술포-1`-나프틸아조)-3-나프트산의 ?? 분말.나)수산화칼륨 용액 : 수산화칼륨 약 225g을 물에 녹여 500㎖로 하여 폴리에킬렌병에 보존한다.다) 염화칼슘 표준액 : 가. 1) .다 와 같음라) 시안화칼륨 용액(10%) : 염산 히드록실아민 10g을 물에 녹여 전량을 100㎖로 한다.바) EDTA 표준액 : EDTA(Ethylenediamine tetraacetic acid) 2나트륨 2수화물 4g을 물에 용해하여 메스플라스크 1ℓ에 넣고, 물을 표선까지 가한다.※표정 : 염화칼슘 표준액 25㎖를 삼각플라스크 250㎖에 취하고, 물을 가하여 50㎖로 한 후 수산화 칼륨 용액 5㎖를 가하여 잘 혼합하고 시안화칼륨 용액(10%) 및 염화히드록실아민 용액(10%)을 각각 3방울씩 가하여 혼합한다. 이것에 약 0.1g의 지시약을 가하여 잘 혼합하면서 EDTA 표준액으로 청록색이 되는 점까지 적정한다. 여기서, 소모된 EDTA표준액 ㎖수(x)에서 다음 식에 의하여 농도계수를 산출한다.
![[기기분석] 기체크로마토그래피](https://image4.happycampus.com/Production/thumbnail/2002/04/21/data1084156-0001.jpg)
